基于电纺聚酰亚胺-银纳米纤维的可回收高稳定SERS平台开发及其在农药残留检测中的应用

本研究针对表面增强拉曼光谱(SERS)基底稳定性差、不可重复使用等瓶颈问题，开发了通过静电纺丝和原位还原技术制备的聚酰亚胺-银(PI/Ag)纳米纤维基底。该基底通过调控还原剂类型实现Ag NPs空间分布优化，对4-ATP的增强因子达1.17×107，可重复使用10次以上，成功应用于土壤中2,4-D农药(检测限10-10 M)和多种染料的超灵敏检测，为环境监测提供了新型分析工具。

　　

在分子检测领域，表面增强拉曼光谱(SERS)技术凭借其单分子水平的检测灵敏度，已成为环境监测和食品安全检测的利器。然而传统SERS基底却面临着"三难"困境——银纳米颗粒(Ag NPs)易氧化导致信号不稳定，纳米结构难以重复利用，且胶体形态易造成二次污染。这些问题严重制约了该技术在实际场景中的应用。面对这一挑战，来自吉林省科技发展计划项目支持的研究团队创新性地将目光投向了具有优异热稳定性和机械强度的聚酰亚胺(PI)纳米纤维，通过巧妙的材料设计和制备工艺调控，成功开发出兼具高灵敏度和可循环使用的新型SERS平台，相关成果发表在《Materials Science in Semiconductor Processing》上。

研究人员采用静电纺丝结合原位还原的制备策略：首先电纺聚酰胺酸(PAA)前驱体纤维，通过吸附Ag⁺后采用不同还原剂(NaBH₄、抗坏血酸等)控制Ag NPs成核生长，最后经高温亚胺化获得PI/Ag复合纤维。通过系统比较五种还原体系，发现NaBH₄制备的PI/Ag-NB基底具有最优的纳米粒子分散性和拉曼增强效果。

在"结构表征"部分，FT-IR证实PAA成功转化为PI，TEM显示NaBH₄还原的Ag NPs粒径约25 nm且均匀分布在纤维表面，这种形貌特征为产生局域表面等离子体共振(LSPR)效应创造了理想条件。"SERS性能评估"显示，以4-ATP为探针分子时，基底增强因子(EF)高达1.17×10⁷，且信号相对标准偏差(RSD)小于8.3%，展现出优异的灵敏度和重现性。值得关注的是，在"实际应用验证"中，该基底对甲基蓝(MB)、结晶紫(CV)等染料分子均表现出广谱响应能力，特别是对2,4-D农药在水体和土壤提取液中的检测限分别达到3.12×10^-11 M和1×10^-10 M。通过"稳定性测试"发现，储存30天的基底在10次循环使用后仍保持90%以上的信号强度，突破了传统Ag基基底易氧化的技术瓶颈。

这项研究通过创新的PI/Ag纳米纤维结构设计，实现了SERS技术稳定性、重现性和可回收性的协同提升。其重要意义在于：首先，建立的还原剂调控策略为等离子体纳米结构的精确构筑提供了新思路；其次，开发的柔性基底可直接用于复杂基质(如土壤)检测，拓展了SERS技术的应用场景；最后，基底30天的长效稳定性使其具备了商业化应用的潜力。该成果不仅为环境污染物监测提供了可靠的分析工具，其材料设计理念对开发其他高性能传感平台也具有重要借鉴价值。